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这是一张在我们现在看来普通的日食照片,但却在1919年引起科学界的震动,自此,牛顿持续了200多年的神话终结,爱因斯坦的相对论接管了宇宙。

爱因斯坦的广义相对论认为,大质量天体的存在,是可以导致时间和空间的弯曲的,最直观的,就是光线的弯曲。通过对日食现象的两次观测,天文学家测量出了太阳引力对光的偏转角度,证明了爱因斯坦的这条预言,于是就有了这张照片。

杨振宁就曾经说过一句话:20世纪物理学的三大贡献中,有两个半都是爱因斯坦的。

我不知道对于爱因斯坦来说,1905年意义是否重大,但对于全世界来说,这是一个可以称为爱因斯坦奇迹年的年份。

在这一年里,他发表了四篇论文,提出了四个突破性理论,撼动了整个世界。

在1905年的6月,他发表了一篇关于光电效应的论文,证明了当光线照射在不同的金属上时,会发射出电子,这一理论奠定了量子力学的基础,解开了原子的秘密,1922年凭借光电效应,爱因斯坦摘取了诺贝尔物理奖。

仅隔了一个月,他发出了一篇关于布朗运动的论文,为流体中粒子的随机运动提供了一个公式。

九月,著名的狭义相对论被提了出来,爱因斯坦重新定义了光、空间和时间的关系,他认为,时间和空间是相对的,但是每秒30万千米的光速总是恒定的,这推翻了牛顿的时空观,重塑了一种全新的时空观。

十一月,最后一篇论文,他在狭义相对论的基础上推导出了质能关系公式E = mc²,解释了物质的能量和质量的关系,能量和质量可以相互转换,对于任何物体来说,它的质量会随着其速度的增加而增加。这条公式,直接开启了人类的原子时代。

那么,爱因斯坦是一个天生自带物理技能点的天才吗?

1879年,爱因斯坦出生在德国,四五岁的时候,爱因斯坦的父亲送了他一个指南针,但爱因斯坦拿在手上后,思考却是,指针转动的原理是什么。

在念书时,爱因斯坦也不是一个有耐心死记硬背的学生,他爱挑战权威,总是问问题,在老师眼中是一个观点激进的学生。瑞士档案馆的记录显示,他在十一岁时就掌握了大学物理,十六岁就写了第一篇科学论文。

念大学时,他希望成为一个物理学教授,但这个梦想并没有实现,他反而成为了瑞士伯尔尼专利局的一个小职员,但有人却说,这是他一生中最重要的工作。这份工作,让他有时间将目光投向窗外,在脑子里进行思想实验。

为了理解一个问题,爱因斯坦首先会从一个图像开始,拆解出问题的本质。他这一生从来没有踏进过实验室,也没有使用精密设备去检验什么现象,只是静静地坐在他的扶手椅上,思考。就是在这种条件下,他写出了影响深远的那四篇论文。

他是一个理论家,他所做的,就是完善科学上的“思想实验”。

如果说,物理学家的模型试图代表整个宇宙,那么操纵模型就相当于操纵宇宙本身,如果模型有缺陷,或者理论家们在计算中犯了错误,观测学者们会发现他们的模型所预测的和现实世界事物运行的方式不匹配,这告诉他们,要么调整旧模型,要么创造一个新模型。

爱因斯坦的广义相对论,就是一个最强大和应用范围最广的理论模型之一。

开头我们所说的广义相对论诞生于1915年,它首次把引力场解释成时空的弯曲,也描述了宇宙万物在引力作用下运动的数学细节。每隔几年,就会有实验科学家们去设计实验来测试这个理论,有些人的目是想将爱因斯坦推下神坛,但结果却无一例外地进一步扩大了理论精确性的范围。

通过广义相对论,实验科学家们验证出了引力场和物质彼此之间的相互作用,知道了某些大质量恒星会终结成一个黑洞,也看到了光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象。

而最新的例证出现在2016年——引力波被人类的天文台直接探测到。正如爱因斯坦预言中的那样,两个黑洞碰撞产生了严重的引力扰动,让引力波在时空结构中以光速传播。

第一次引力波是由13亿光年远的两个黑洞碰撞而形成,碰撞发生时,地球是单细胞生物的天下,当引力波的涟漪从各个方向荡漾开来时,又经过了8亿年,地球上才进化出复杂的生命,包括植物、恐龙和飞行生物,其中还有一个叫做哺乳动物的脊椎动物分支。

在哺乳动物中,又有一个分支进化出了额叶和复杂繁荣思想,被称为灵长类动物,接着,灵长类动物的一个分支将会发生一种促使语言产生的基因突变,而这个分支——智人——将发明农业、文明、哲学、艺术和科学。

所有的这些都在过去的1万年里发生,最终智人里一位20世纪的科学家将从他的大脑中想到了相对论,并预言引力波的存在。整整一个世纪以后,在宇宙中旅行了13亿年的引力波,终于达到了地球,并被人类的科学技术成功捕获,百年前的预言得以被证实。

没错,爱因斯坦就是这么牛。

在二十世纪三十年代,爱因斯坦已经是一个举世闻名的大人物,但德国的希特勒政权将他列入了暗杀名单,因为爱因斯坦是一个和平主义者,他公开反对纳粹,参加反战运动,最终,他选择了美国,在那里度过了余生,也在那里犯下了他认为的一生中最重大的错误。

彼时的世界正处于二战的阴霾下,德国物理学家哈恩发现了核裂变反应,并意识到如果把少量的物质,比如一个铀原子分裂开来,它所释放的能量是巨大的,足以夷平整个城市,或者毁掉我们所知的宇宙,这是宇宙大爆炸理论的基础,也是人类最致命武器——原子弹的灵感来源。

他立刻向希特勒提出了研制原子弹的计划。爱因斯坦听说后,在其他学者的启示下,也想到了自己的质能转换公式E = mc²,于是给当时的美国总统罗斯福写了一封信,暗示德国纳粹已经注意到了铀元素的“潜力”,并陈述原子弹的破坏力和战略意义,最终这封信促成了“曼哈顿计划”的形成。

希特勒没有造出原子弹,而美国出于防御的原子弹却直接造成了几十万人的死亡,在这里我们不讨论原子弹使用的正确与否,但二战结束后,爱因斯坦公开表示,如果他知道质能方程式的最终用途是这样,他连手指头都不会动一下。

之后,世界历史进入冷战时期,爱因斯坦没有再关心世间的纷扰,而是继续去寻找宇宙中最大问题的答案。他在尝试探索出大统一理论,试图用一个不超过3厘米的方程式,去解释整个宇宙的规律。他失败了,1955年4月18日,爱因斯坦与世长辞。

他用了很长时间解决了科学上的谜题,改变了人类对世界、对宇宙的认知,但同样的,也给世界留下了很多的问题。

现在,物理学家们依旧在沿着爱因斯坦中断的方向继续研究,探索万物理论,而作为普通大众的我们,可以依靠爱因斯坦的留下的精神宝藏,在一个无法想象的尺度上向上看,向外看,去理解宇宙。

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